Опишите назначение, принцип работы и конструктивное устройство центробежных вентиляторов. Вычертите схемы отдельных узлов

Центробежные вентиляторы широко распространены в промышленности и коммунальном хозяйстве для вентиляции зданий и отсасывания вредных веществ в технологических процессах.

В теплоэнергетических установках центробежные вентиляторы применяются для подачи воздуха в топочные камеры котлов, перемещения топливных смесей в системах пылеприготовления, отсасывания дымовых газов и выброса их в атмосферу. Воздух в вентилятор поступает через входной патрубок 1и направляется в рабочее колесо 2, которое состоит из: ступицы 5, ведущего диска 7, лопастей и (ведомого) покрывного кольцевого диска 9.Обычно рабочее колесо приводится во вращение при помощи ступицы 5, насаженной на рабочий вал 6, который передает движение непосредственно от двигателя или с помощью трансмиссионной передачи. На ступице смонтирован ведущий диск, к которому прикреплены лопасти рабочего колеса. Со стороны входа на лопастях рабочего колеса крепится покрывной кольцевой диск 9

Вращающееся рабочее колесо помещается в неподвижный спиральный кожух 8, имеющий на выходе расширяющийся патрубок 4. Воздух или газ, попадающий через входной патрубок 1 в рабочее колесо 2, лопастями отбрасывается с большой скоростью к периферии. Передача энергии воздуху завершается в рабочем колесе. Часть этой энергии вследствие силового воздействия лопастей рабочего колеса получается в виде потенциальной энергии давления. Другая часть, в зависимости от степени реактивности рабочего колеса, получается в виде кинетической энергии (скоростного напора).

Конструктивное устройство центробежного вентилятора простейшего типа показано на рис. 1.

Рис. 1 – Центробежный вентилятор

1 – ступица; 2 – основной диск; 3 – рабочие лопатки; 4 – передний диск; 5 – лопастная решетка; 6 – корпус; 7 – шкив; 8 – подшипники; 9 – станина; 10, 11 – фланцы

Рабочее колесо вентилятора состоит из литой ступицы 7, жестко сопряженной с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятся к основному диску 2 и переднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткость лопастной решетки 5. Корпус 6 вентилятора крепится к литой или сварной станине 9, на которой располагаются подшипники 8, несущие вал вентилятора с посаженным на него рабочим колесом. На корпусе вентилятора установлены фланцы 10 и 11 для крепления всасывающей и напорной труб.

Центробежные вентиляторы выпускаются заводами в определенных геометрических сериях. Каждая серия характеризуется постоянством отношений сходственных размеров; размеры отдельных машин и их рабочие параметры в серии различны.

Обозначение центробежных вентиляторов в соответствии с государственными стандартами включает букву Ц, указывающую на основной признак типа – центробежный, пятикратное значение коэффициента полного давления в режиме при _max, округленное до целого числа, и значение коэффициента быстроходности в режиме _max, также округленное до целого числа. Обозначение вентилятора включает и его номер, представляющий собой значение диаметра D₂, выраженное в дециметрах. Например, центробежный вентилятор с диаметром рабочего колеса 400 мм, имеющий при максимальном КПД коэффициент полного давления 0,86 и быстроходность 70, обозначается Ц4–70–4.

Характерной конструктивной величиной центробежного вентилятора является отношение выходного и входного диаметров межлопастных каналов рабочего колеса D₂/D₁. В обычных конструкциях это отношение выбирается небольшим (1,2–1,45), радиальная длина лопасти составляет (0,084–0,16)D₂.

Теоретический напор вентилятора определяется по уравнению Эйлера, которое с учетом радиального входа потока (c_1u = 0) можно записать в следующем виде:

Н_т = u₂c_2u/g

Отсюда теоретическое давление вентилятора:

р_т = u₂с_2u,

где  – средняя плотность перемещаемого газа, кг/м³.

В реальном вентиляторе часть давления теряется в проточной части.

Если поток газа на входе в вентилятор имеет параметры p_1ст и с₁, а на выходе р_2сти с₂,то полное давление, развиваемое вентилятором:

где – статическое давление потока соответственно на выходе и входе

вентилятора, Па;

с₁, с₂– соответствующие скорости потока, м/с.

Работа вентилятора при заданной частоте вращения характеризуется объемной подачей Q, полным давлением р, мощностью N и полным КПД .

Полезная мощность (Вт) вентилятора определяется по формуле:

Nпол = р·Q,

где Q –объемная подача (производительность) вентилятора, м³/с.

Мощность на валу (эффективная мощность) N обычно определяется при испытании вентилятора.

Вентиляторы характеризуются двумя КПД: полным и статическим, так как в некоторых случаях для вентиляторов характерно не полное давление, ими развиваемое, а лишь статическая часть его р_ст или соответственно статический напор Н_ст.

Статический КПД дополняет оценку эффективности вентилятора, так как в полной энергии, сообщаемой потоку газа, существенную долю составляет кинетическая энергия. Ориентировочно _ст меньше на 20–30 %.

Мощность двигателя для привода вентилятора (кВт) выбирают с запасом на возможные отклонения рабочего режима от расчетного:

где  – полный КПД вентилятора;

 – КПД передачи.

При непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора = 1, при клиноременной передаче = 0,92.

Коэффициент быстроходности вентилятора характеризует конструкцию рабочего колеса, следовательно, способность создавать давление. Если принять плотность воздуха = 1,2 кг/м³, то

Для каждого типа вентилятора характерно определенное значение коэффициента быстроходности:

Центробежные высокого давления – 10–30,

Центробежные низкого и среднего давления с лопатками:

отогнутыми вперед – 30–60

отогнутыми назад – 50–80

Центробежные двустороннего всасывания – 80–120.

Конструкция вентилятора определяется его аэродинамической схемой, под которой понимается схематический чертеж его проточной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса.

Конструктивная форма и размеры вентилятора определяются его подачей, давлением и частотой вращения.

Формы рабочих колес вентиляторов даны на рис. 2.

Рис. 2 – Формы рабочих колес центробежных вентиляторов

а – барабанная; б – кольцевая, в, г – с коническими покрывающими дисками;

д, е – соответственно однодисковых и бездисковых

Формы, показанные: - на рис. 2а, б, свойственны вентиляторам низкого давления с лопатками, загнутыми вперед; - на рис. 2б–г, характерны для вентиляторов низкого, среднего и высокого давлений с лопатками, загнутыми назад;

- на рис. 2г, применяется для колес большой подачи и находит применение, в частности, для дутьевых вентиляторов и дымососов ТЭС.

Открытые однодисковые и бездисковые колеса форм (рис. 2д, е) применяются в пылевых вентиляторах, служащих для подачи смесей газов с твердыми частицами, например в системах пылеприготовления ТЭС.

В вентиляторах применяются все три типа лопастей.

По назначению вентиляторы подразделяются на следующие группы: вентиляторы общего назначения (Ц); - вентиляторы дутьевые (БД); - дымососы (Д); - вентиляторы горячего дутья (ВГД); - вентиляторы мельничные (ВМ); - вентиляторы специального назначения.

По направлению вращения рабочего колеса различают вентиляторы правого вращения (колесо вращается по направлению движения часовой стрелки, если смотреть со стороны привода) и левого вращения. По направлению выхода газа вентиляторы изготовляются с различными положениями корпуса.

Вентиляторы общего назначения по полному давлению, создаваемому при номинальном режиме, подразделяются на вентиляторы низкого (до 1 кПа), среднего (от 1 до 3 кПа) и высокого (свыше 3 кПа) давления.

К вентиляторам низкого давления относятся вентиляторы средней и большой быстроходности. Рабочие колеса этих вентиляторов имеют широкие листовые лопатки. Окружная скорость вращения колес составляет менее 50 м/с.

Вентиляторы низкого давления используются в вентиляционных системах.

Вентиляторы среднего давления имеют окружную скорость до 80 м/с, лопатки этих вентиляторов выполняются как загнутыми вперед, так и назад и применяются как в вентиляционных, так и технологических установках различного назначения.

Вентиляторы высокого давления имеют окружную скорость свыше 80 м/с, лопатки загнуты назад.